专利名称：纳米孔硅纤维及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种是利用玻璃纤维加工成的纳米孔硅纤维及其制备工艺。
背景技术：
目前随着产业设施和住宅建设的快速发展，在建筑行业对保温材料的需求就很高，尤其是随着社会各个部门强调节能、环保的大环境下，对保温、绝热及隔音材料的要求更严格。当前广泛采用的保温材料有有机高分子发泡树脂(如ps、pu的发泡)和无机纤维 (如玻璃纤维，矿岩纤维等)。有机高分子发泡树脂虽然重量轻，保温效果好，施工方便，但耐热性差，易燃并且燃烧时发生有毒气体发生，因此有致命的缺点。美国等发达国家已经大量使用无机纤维保温材料。无机纤维中有玻璃纤维和矿岩纤维等。其中玻璃纤维的耐热温度为350°C左右，矿岩纤维的耐热温度为850°C左右，这些纤维的保温性和不燃性都很好。另外，无机纤维还包括硅纤维、陶瓷纤维等，这些纤维的耐热温度可达1000°C，因此高温工作环境中被广泛采用。但这种无机纤维保温材料的缺点是保温性能还是不如有机高分子型发泡树脂的保温性。
发明内容
基于现有技术所存在技术问题和不足，本发明旨在公开一种用玻璃纤维加工成纳米孔硅纤维的新技术，也就是玻璃纤维作为原料，把玻璃纤维中除二氧化硅(Sit)》之外的其它成分的物质析出，形成纳米孔硅纤维。本发明的技术解决方案是这样实现的本发明以二氧化硅含量为45 85%的玻璃纤维为原料制备纳米孔硅纤维的工艺，主要包括盐分解的步骤和酸浸泡的步骤。所述的玻璃纤维是在二氧化硅(Sit)》骨架里分布着相对活性强的下列金属氧化物 Na20-R0，如Na20-Ca0，Na20_B203，Na20_A1203，Na20_Mg0 等，其中 R 为 IIA 族或 IIIA 族的元素；所述盐分解的步骤是利用铵盐与玻璃纤维表面的活性强的金属氧化物的反应将后者变成可溶性盐使所述纤维表面形成微细的纳米孔的阶段；其化学反应方程式如下Na20-R0+4NH4N03 = 2NaN03+R(N03)2+4NH3+2H20Na20-R0+4NH4C1 = 2NaCl+RC12+4NH3+2H20所述盐分解步骤中所用的盐为硝酸铵和氯酸铵的混合物，硝酸铵和氯酸铵混合比为1 0.1 0.6较适宜。纳米孔的形成与盐分解剂的浓度及分解温度有关，随着分解剂浓度和分解温度的不同，玻璃纤维上形成的纳米孔也不同，此时用盐分解剂的适宜浓度为0.8 12. 5%，适宜分解温度为100 500°C。所述酸浸泡的步骤是使盐分解步骤中产生的微细纳米孔的可溶性盐完全析出并获得孔深和孔径符合要求的纳米孔纤维的阶段。通过酸浸泡使纤维表面上形成纳米孔的过程是把盐分解过程中表面形成纳米微细孔的纤维浸泡在硝酸或盐酸或硫酸中扩张纤维表面的微孔，从而得到所需孔深和孔径的纳米孔纤维。利用硝酸时其浓度为7 20%，利用盐酸时其浓度为15 30%，利用硫酸时其浓度为25 45%。酸浸泡过程为可溶性物质在溶液里扩散过程，因此，纤维表面上要得到均勻且有效的纳米孔，一定要均勻地搅拌，在50 100°C温度里进行1 5小时。上述酸浸泡后的纤维在50 100°C清水里洗净，洗涤时间0. 5 2小时，然后将所得到的纳米孔硅纤维在100 150°C温度下进行干燥，继而在550 650°C温度下进行热处理来稳定纳米孔的形成并增加纤维的强度。此时要注意的是热处理温度过高时，虽然能提高纤维的强度，但所形成的纳米孔大量地收缩掉；反之，热处理温度过低时，形成微细孔数量过多，反而降低纤维的机械强度。采用上述方法处理即可获得纳米孔硅纤维，其以二氧化硅含量为45 85%的玻璃纤维为原料，制备出二氧化硅(Sit)》含量高达92-99%的多孔硅纤维，具有优良的耐热性能；同时，纳米孔结构，使其具有优良的保温绝热和隔音吸音效果。所述纳米孔硅纤维的直径0. 5 20. Ομπι，长度1. Omm以上，其表面孔径3 200nm,孔深IOnm以上，孔隙度(单位质量纤维的纳米孔隙体积)0. 1 0. 2ml/g,孔隙率 (纳米孔隙和纤维的体积比)20 50%，热导系数20°C时，0. 021 0. 033w/mm · k，吸音系数0. 65 1. 00。与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点其原料成本低，工艺简单，尤其所制备的纳米孔硅纤维性能优越，可广泛用于防火型建筑保温材料、绝热材料、隔音材料领域的最理想的高科技尖端材料。
图1是本发明所述纳米孔硅纤维制备工艺的流程图。
具体实施例方式实施例1一种以玻璃纤维为原料制备纳米孔硅纤维的工艺，主要包括盐分解的步骤和酸浸泡的步骤，具体讲，玻璃纤维成分=7Na2O-MB2O3-7OSiA直径Φ7 μ m把上述硼硅酸玻璃纤维IOOg放入到浓度为7. 9 %的铵盐混合溶液里， NH4NO3 NH4Cl = 10 2，加热至250°C，浸泡了 IOmin后，取出干燥；在70°C浓度为11. 7% 的硝酸(HNO3)溶液里浸泡浊；进而在沸水里洗涤了 30min后在120°C温度下干燥了 15min。最后在590°C进行了 5min的热处理后缓慢地冷却之后得到纳米孔硅纤维成份Si02_96%
B203-3. 5%Na2O-O. 5%直径Φ 49nm软化温度1470°C实施例2玻璃纤维成份8Na20-16Ca0-76Si02直径Φ 5 μ m把上述碱石灰玻璃纤维IOOg按实施例1完全一样的工艺步骤进行盐分解和酸浸泡，又把所得到的纤维在70°C的热水里洗涤1. 5h后，在120°C温度下干燥了 20min，然后在 550°C的温度下进行了 Imin的热处理后缓慢地冷却后又得到了具有下列参数的硅纤维。成份Si02-94%Ca0-5. 6%Na2O-O. 4%孔直径Φ6^ι 软化温度i;35(rC实施例3 玻璃纤维成份6Mg0-i;3B203-12Al203-69SiA直径Φ9μπι把上述E玻璃纤维IOOg放入到浓度为5%的300°C的盐溶液(即NH4NO3 NH4Cl =10 3)中浸泡IOmin后取出来干燥后，继而在15%的硝酸(HNO3)溶液里浸泡池后，佛水里洗涤30min ；然后在120°C温度下干燥15min后在600°C的温度下进行5min的热处理后缓慢地冷却，可得出下列硅纤维成份Si02_98.5%Al2O3-O- 9%B2O3-O- 4%MgO-O. 2%孔直径Φ59ηπι软化温度1560°C可见，随着盐分解反应的进行不断从玻璃纤维表面上溶解出可溶性成分，从而提高纤维的S^2含量，同时升高了纤维的耐热温度和保温性能。表1所述纳米孔硅纤维及现有材料在不同温度下的热传导系数
权利要求
1.一种纳米孔硅纤维的制备工艺，包括如下步骤(1)盐分解把玻璃纤维置于铵盐溶液中并加热，使玻璃纤维的二氧化硅的骨架里分布的相对活性强的金属氧化物Na2O-RO与铵盐反应形成可溶性盐析出，并在玻璃纤维表面形成很多纳米级微细孔；所述玻璃纤维的二氧化硅含量为45 85% ；加热温度为:100 500°C ；其中，R为IIA族或IIIA族的元素；(2)酸浸泡进而将所述纤维浸泡在酸溶液中，并不停的搅拌，以扩张所述纤维表面上的纳米级微细孔，获得合适的孔深和孔径；所述酸溶液为硝酸、盐酸或硫酸； 酸溶液的温度50 100°C ；酸溶液的浓度(质量比)硝酸浓度，7 20% ；盐酸浓度，15 30% ；硫酸浓度25 45% ；浸泡时间1 5小时；(3)洗涤、干燥及热处理将所述纤维用清水洗净后进行干燥，然后在高温下进行热处理以稳定纳米孔的形成并增加纤维的强度，并最终获得所述纳米孔硅纤维；其中，洗涤用水温50 100°C ； 洗涤时间0. 5 2小时； 干燥温度100 150°C ； 热处理温度550 650°C ； 热处理时间0. 5 5分钟。
2.根据权利要求1所述的纳米孔硅纤维的制备工艺，其特征在于步骤(1)中，所述铵盐溶液是硝酸铵和氯酸铵的混合溶液，其化学反应方程式如下Na20-R0+4NH4N03 = 2NaN03+R (NO3) 2+4NH3+2H20Na20-R0+4NH4C1 = 2NaCl+RCl2+4NH3+2H20其中，硝酸铵和氯酸铵的混合比例(质量比)1 0. 1 0. 6 ；硝酸铵和氯酸铵的混合溶液的浓度(质量比)0. 8 12.5%。
3.—种如权利要求1所述制备工艺制备的纳米孔硅纤维，其特征在于所述纳米孔硅纤维是以二氧化硅含量为45 85%的玻璃纤维为原料制备而成的二氧化硅含量为92 99%的硅纤维；纳米孔硅纤维的直径0. 5 20. 0 μ m 纳米孔硅纤维的长度1. Omm以上纳米孔硅纤维表面孔径3 200nm 孔深IOnm以上孔隙度0. 1 0. 2ml/g 孔隙率20 ~ 50%热导系数:20°C时，0. 021 0. 033w/mm · k 吸音系数0. 65 1.00。
全文摘要
本发明是利用玻璃纤维加工成纳米孔硅纤维及其制备工艺。所述制备工艺以二氧化硅含量为45～85％的玻璃纤维为原料，主要包括盐分解的步骤和酸浸泡的步骤，制备出二氧化硅(SiO2)含量高达92-99％的多孔硅纤维，具有优良的耐热性能；同时，不规则的纳米孔结构，使其具有优良的绝热和隔音吸音效果。这种纳米孔硅纤维广泛用于建筑用防火保温材料、绝热材料以及防火隔热材料。
文档编号D01F9/08GK102277657SQ20111017399
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者朴成国, 金学范 申请人:大连宏燠科技有限公司